JPH0432555B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液化ガスのためのデユーアびんと、そ
の製造方法に関するもので、より詳細には硝酸と
フツ化水素酸との腐食剤により化学処理した結
果、清浄で、滑らかで、梨地であり、よごれがな
く、かつ変色としみがないエツチングされた外観
を有する放射率の低い表面をもつ液体包含用デユ
ーアびんに関するものである。

〔発明の背景〕

窒素またはヘリウムを液状低温状態に維持する
ための容器またはデユーアびんは通常金属缶とし
て形成され、その中に低温液体が装入される。こ
の缶は通常殻体により取り囲まれる。缶と殻体の
間の空間は、殻体の外側から缶の内側への熱伝導
を減少させるため排気される。それに加え、殻体
の外側から缶の内表面への輻射エネルギーの伝達
を最小にすることが通常望まれる。

従来技術においては、缶と殻体の双方をアルミ
ニウム百分率の非常に高い（たとえば99％）アル
ミニウム合金で形成することにより殻体と缶の外
側との間に比較的少量の輻射が伝えられるように
なつていた。殻体の内側と缶の外側とは通常光沢
ある高度のつやにまで機械研磨されていたが、こ
の操作はこれら部品の機械加工中に与えられた工
具きずを実質的に除去するものである。缶と殻体
とは機械研磨されたあと、やすり屑、ほこり、そ
の他の異物を缶と殻体の表面から除去するため蒸
気脱脂されるので、これら表面は液体窒素の温度
（77〓）において約0.024という比較的低い輻射エ
ネルギー放射率となつていた。輻射エネルギー放
射率とは通常の方法で、すなわち或る表面により
発せられる放射と、同じ温度において完全黒体に
より発せられる放射との比として定義できる。

殻体と缶の放射率を減少させるため従来技術の
技法はある目的にとつて満足すべきものではある
が、他の目的にとつては放射率が十分減少されて
はいなかつた。特に、窒素を長期間（たとえば３
ケ月間）液状に保とうとするときは、従来技術の
缶と殻体の放射率は、アルミニウムを研磨しただ
けでは、高すぎるものであつた。

〔発明の概要〕

本発明によれば、液体窒素用のデユーアびんに
利用するアルミニウム合金シート製のへら絞り
（スピニング加工）缶および殻体の放射率が実質
的に減少される。この放射率の減少は、殻体内表
面と缶外表面とが、研磨したあと硝酸とフツ化水
素酸とで化学処理されることの結果、清浄で
（clean）、滑らかで、（smooth）、梨地で
（matte）あり、よごれがなく（smut free）、か
つ変色（discoloration）としみ（stains）ないエ
ツチングした外観を有するから、得られるもので
ある。ここで「清浄」（clean）とは、アルミニウ
ム表面上に汚物、付着物または不純物がない状態
をいう。「滑らか」（smooth）とは、アルミニウ
ム表面が不規則ではなく、粗くなくかつ突起物が
ない状態（金属仕上げされたこと）をいう。「梨
地」（matte）とは、光を反射するが光沢が鈍く、
結像する程には鏡状ではない程度に白色または灰
白色に一様に仕上げられた滑らかな表面をいう。
「よごれがなく」（smut free）とは、アルミニウ
ム表面に酸洗い後反応生成物が残つていないこと
をいい、すなわち、その表面が灰色または黒色で
ないことをいう。「変色」（discoloration）とは
アルミニウム表面の正常な色彩が全体的に損なわ
れることをいい、「しみ」（stain）とはアルミニ
ウム表面の色彩が部分的に変化することをいう。
「エツチングした外観」とは、アルミニウム表面
を腐食させた外観をいう。これら表面は、所望の
外観が達成されるまで（通常は１ミルを食刻した
とき生ずる）15秒から45秒の間腐食剤により化学
処理される。表面が適当時間以下しか処理されな
いと、清浄化、梨地仕上げ、またはよごれ取りは
十分にはなされず、変色したり、しみになつたり
することがある。もし表面が過剰に長時間処理さ
れると、巨視的な凹みができ、滑らかでなくな
る。いずれの場合も、表面の放射率は適切処理時
間の場合の放射率に比して増大する。本発明に従
つて作られた表面を有するデユーアびんについて
行つた試験は、従来技術に比して放射率が約35％
減少したことを示す。

アルミニウムシートは機械的、電気化学的また
は化学的のいずれかにより研磨されうる。機械的
手段を用いるときは、手続は従来技術と同じであ
る。電気化学的、すなわち電解研磨はフツ化ホウ
素酸（2.5％重量）の85〓浴内で、10〜20アンペ
ア／平方フイートの電流密度および15〜30ボルト
の電圧において５〜10分間実行される（米国特許
第2108603号）。化学的研磨を用いるときは、米国
特許第2729551号に記載のようにリン酸と硝酸の
水溶浴で、または米国特許第2650157号に記載の
ようにリン酸、酢酸および硝酸の浴で研磨され
る。

アルミニウム表面が従来も機械研磨のあと硝酸
とフツ化水素酸の腐食剤で処理されていたことは
認められるが、従来技術の技法は一般に真空装置
の製造に関したものであつて、そこでは放射率は
問題ではなかつた。本発明は従来技術の技法を輻
射エネルギー放射率の減少という予期されなかつ
た結果の実現のため利用して、低温デユーアびん
を液体窒素温度に維持するのを助けようとするも
のである。

本発明の他の態様によれば、液体窒素用の缶と
デユーアびんの外殻との間の真空空間には、殻体
の内表面および缶の外表面と同じ低い放射率特性
を備えた両面を有するへら絞りアルミニウム合金
製の第２殻体が含まれる。このため第２殻体の外
表面は第１殻体の内表面から発する小比率の輻射
を吸収し、第２殻体の内表面は缶の方向へ少量の
輻射エネルギーを発する。

〔発明の目的〕

従つて本発明の目的は新規改良に係る液体包含
用デユーアびんとその製造方法を提供することで
ある。

本発明の他の目的は輻射エネルギー放射率を減
少させた液体包含用デユーアびんとその製造方法
を提供することである。

本発明の他の目的は、例えば、液体窒素をきわ
めて長期間、たとえば90日間貯蔵することのでき
る新規改良に係る液体包含用デユーアびんと、か
ようなデユーアびんの製造方法を提供することで
ある。

以上の目的およびその他の目的、特徴ならびに
利点は、以下図面を参照しつつ本発明の好適実施
態様について説明するところから明らかとなるで
あろう。

〔実施例の説明〕

図面を参照すると、デユーアびん１０が核磁気
共鳴（NMR）分光計に利用されるものとして図
示されている。この分光計は、超伝導ソレノイド
コイル１１を含む。このコイル１１は、ガラスび
ん１３内に位置する試料１２を通つてコイル縦軸
線方向に比較的高い強度の磁界H₀を与える。試
料１２はrfパルス源１５によりコイル１４に与え
られるrfエネルギーにより核磁気共鳴状態に励起
される。コイル１４はその軸線が磁界H₀に直角
になるように巻かれる。試料１２に近接配置され
たピツクアツプコイル１６は、試料１２から輻射
されるエネルギーに応答するもので、適当な信号
をrf受信器１７に与える。コイル１６は、その軸
線がコイル１４の軸線に、および磁界H₀の方向
にともに直角をなすように配置される。受信器１
７はＸ−Ｙ記録器１８へ送られる出力を導くため
適当なフーリエ分析器を包含してもよく、この記
録器は発信器（パルス源）１５の異なる周波数に
対する試料１３のスペクトルレスポンスを図表化
する。電力は最初DC電源１９によりコイル１１
に供給され、コイルが持続的な超伝導モードで動
作しだすと電源はケイルから切離される。

コイル１１は、缶２４内に含まれる液体ヘリウ
ム貯槽２３に取り巻かれた円筒２１内に配置され
ているので、液体ヘリウムの温度（4.2〓）で超
伝導状態に維持されている。缶２４は缶２５によ
り形成される液体窒素貯槽の下にある。缶２４と
２５はデユーアびんの外側を形成する殻体２６の
内側にある。缶２４の外面と殻体２６の内面との
間は、缶２５が位置している所を除いて、真空部
である。真空部内には熱シールド２７，２８，２
９がある。シールド２７は缶２４の外表面とシー
ルド２８の内表面との間、ならびに缶２５の床３
１と缶２４の外表面との間に位置している。シー
ルド２９はシールド２８の外壁と殻体２６の内壁
との間、ならびに缶２５の側壁３２および屋根３
３と殻体２６の内壁との間に位置している。

缶２４および２５、ならびに殻体２６およびシ
ールド２７，２８，２９の各々は、アルミニウム
の百分比が非常に高いアルミニウム合金のシート
からへら絞り加工（スピニング加工）によつて形
成された実質的等温表面である。好適には、アル
ミニウム合金は、AAnumber（Aluminium
Association number）1100−０で特定されるも
ので（JISの合金番号としても表され、特定され
るものであり、以下これを高純度アルミニウム合
金という）、これは、レイノルズ、アルコアなど
の多くのメーカーから容易に入手しうる合金であ
る。この合金のアルミニウム含有量は最低99％、
鉄とケイ素は最高１％、銅は最高0.2％、マンガ
ンは最高0.05％、亜鉛の最高は0.1％以下である。

殻体２６の内表面と缶２５の外表面との間で輻
射エネルギーの移動を最小にするため、殻体の内
表面、缶の外表面、およびシールド２９の両表面
は、清浄で、凹みがなく、滑らかで、梨地であ
り、よごれ（smut）がなく、かつ変色としみの
ないエツチングした外観をもつように特殊な処理
をされているから、低い熱射射率をもつ。ここで
「梨地」とは、光を反射はするが像をつくる程に
は鏡状でない程度に、白色または灰白色に一様に
仕上げられた滑らかな表面を意味する。これら表
面のすべては、所望結果を実現するよう同じ方法
で処理される。

缶２５、殻体２６およびシールド２９をへら絞
り加工したあと、これらは機械的、電解的または
化学的のいずれかにより研磨される。機械的研磨
は従来技術と同じで、当該表面が光沢のある高度
のつやをもつよう通常のバフ磨き操作がなされ、
その結果へら絞り加工によるすべての工具きずは
実質的に除去される。電解的研磨の場合は、85〓
のフツ化ホウ素酸（2.5％重量）の浴内に、10〜
20アンペア／平方フイートの電流密度および15〜
30ボルトの電圧において５〜10分間浸漬して研磨
される。化学的研磨の場合は、リン酸と硝酸の水
溶液、またはリン酸、酢酸および硝酸の浴に浸漬
して、研磨される。

電解研磨または化学研磨は、遥かに安価で従つ
て機械研磨より望ましいものであり、前述のよう
に実施しうる。表面を研磨したのち、部品はほこ
り、やすり屑、その他の異物を除去するため、蒸
気を発する液体トリクロロエチレン浴内で蒸気脱
脂される。ついで、部品はオーカイト（Oakite）
２７などのような洗剤で清浄にされ、これは熱水
すすぎにより部品から除去される。

次に、当該表面は、規定濃度は従来の真空装置
の製造に関する場合と同じであるが、体積の割合
が約20％（体積）の硝酸、４％（体積）のフツ化
水素酸、および残余の脱イオン水から成る食刻溶
液で、室温のもと化学処理される。腐食剤は15〜
45秒間表面を浸食し、その結果約１ミルが除去さ
れるので、化学研磨中に表面に付着したかもしれ
ないリン酸塩またはクロム酸塩は除去され、表面
は所望の滑らかで、梨地であり、よごれがなく、
エツチングした外観となり、これは変色もしみも
ない。最初、食刻浴は前記の比率をもつ。しばら
く使用したあと、比率はいくらか変化する。酸含
量は比重と化学分析の定期的試験に応じて調節さ
れる。もし試験で酸百分率の著しい変化、たとえ
ば百分率で約４分の１の減少を示したなら、追加
量の酸を加えるか、または浴を入れてあるタンク
をきれいにし、新しい混合物を使用する。

部品はついで冷たい流し水ですすがれ、ついで
脱イオン水で２度すすがれる。２度目の脱イオン
水すすぎに続いて、部品は適当なトンネル内で乾
燥され、冷却され、ついで保護の目的のためポリ
エチレン袋へ入れられる。

デユーアびんは種々の部品を図示のように一体
に適宜結合することにより組立てられる。つい
で、殻体２６の孔３５を通じてデユーアびん１０
全体を真空吸引すると、種々の缶とシールドの間
のすべての領域は約10^-5トールに排気される。つ
いで孔３６から缶２５に液体窒素を満たすと、缶
２３は最終的に液体窒素の温度に下げられる。つ
いで缶２３に孔（図示せず）を通じて液体ヘリウ
ムを満たして、超伝導ソレノイド１１の温度を液
体ヘリウムの温度、4.2〓に下げる。

本発明に従つて調整された殻体２６、缶２５お
よびシールド２９の表面は従来技術のものより輻
射エネルギー放射率が著しく低いという効果を奏
することが認められた。缶２５、殻体２６および
シールド２９を製作するのに使用されたのと同じ
合金から製作された従来技術のへら絞りアルミニ
ウム表面は、機械的、電気化学的または化学的研
磨をし、しかし硝酸およびフツ化水素酸混合物で
食刻をしないと一般に77〓で約0.024の輻射エネ
ルギー放射率をもつ。これに対し、硝酸およびフ
ツ化水素酸腐食剤で化学処理した本発明の表面
は、77〓で約0.016の輻射エネルギー放射率をも
つ。その輻射エネルギー放射率は次のように測定
されたものである。標準デユーアびんと、モニタ
ーされるべき新たな材料で、標準デユーアびんと
同じ形状に作つたデユーアびんとを用意し、それ
らに冷媒を供給して、単位時間当たりの冷媒の蒸
発率をモニターする。それらを比較して行つた。
以上から、本発明の硝酸およびフツ化水素酸浴で
処理した非常に純度の高い1100−０へら絞りシー
ト・アルミニウム合金部分品の放射率特性は約35
％改良されることがわかつた。

したがつて、本発明によるデユーアびんは、放
射率が小さく熱の移動が小さいので、よく低温を
保持する。そのため、液体窒素の蒸発を遅くする
ことができ、液体窒素を長時間、すなわち90日間
保存することができ、低温技術において貢献する
ところ大である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に従い製作されたデユーアびんの断
面図である。 １０……デユーアびん、２３……液体ヘリウム
貯槽、２４……へら絞り加工した缶、２５……缶
（液体窒素貯槽）、２６……殻体、２７，２８，２
９……熱シールド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体包含用の高純度アルミニウム合金製のへ
   ら絞り缶と、 この缶を取り巻く高純度アルミニウム合金製の
   へら絞り殻体と、 第１の表面が前記缶に面してそれを取り囲んで
   おり第２の表面が前記殻体に面してそれに取り巻
   かれている高純度アルミニウム合金製の輻射シー
   ルドと、 から成り、 この殻体は前記シールドの第１の表面に面する
   内表面を有し、前記シールドの第２の表面と前記
   缶の外表面との間には真空が維持され、 缶の表面、シールドの第１および第２に表面、
   ならびに殻体の内表面は、清浄で、滑らかで、梨
   地であり、よごれがなく、かつ変色としみがない
   エツチングした外観を有して77〓で0.016を越え
   ない輻射エネルギー放射率をもち、そのため内表
   面から外表面に向かつて輻射されるエネルギーが
   実質的に減少され、かつ外表面により吸収される
   熱が減少され、その缶を通つて液体へ伝導される
   熱が減少された、 ことを特徴とする、液体を低温に維持するデユー
   アびん。 ２ 高純度アルミニウム合金のへら絞りシート製
   の缶と、 高純度アルミニウム合金のへら絞りシート製の
   殻体と、 高純度アルミニウム合金のへら絞りシート製の
   シールドと、 から、低温に維持された液体用のデユーアびんを
   製造する方法であり、シールドが殻体の内側に嵌
   合するように寸法づけられ、缶の外表面は実質的
   にすべての工具きずがないように光沢ある高度な
   つやにまで研磨されており、殻体の内表面は実質
   的にすべての工具きずが除去されるように光沢あ
   る高度なつやにまで研磨されており、シールドの
   両表面は実質的にすべての工具きずが除去される
   ように光沢のある高度なつやにまで研磨されてい
   るところの方法であつて、 前記缶の外表面を滑らかで、梨地であり、よご
   れがなく、かつ変色としみのないエツチングされ
   た外観を有して77〓で0.016を越えない輻射エネ
   ルギー放射率をもつまで硝酸とフツ化水素酸との
   液状腐食剤で処理する工程と、 殻体の内表面を滑らかで、梨地であり、よごれ
   がなく、かつ変色としみのないエツチングされた
   外観を有して77〓で0.016を越えない輻射エネル
   ギー放射率をもつまで硝酸とフツ化水素酸との液
   状腐食剤で処理する工程と、 前記内表面を処理する工程を停止する工程と、 シールドの両表面を滑らかで、梨地であり、よ
   ごれがなく、かつ変色としみのないエツチングさ
   れた外観を有して77〓で0.016を越えない輻射エ
   ネルギー放射率をもつまで硝酸とフツ化水素酸と
   の液状腐食剤で処理する工程と、 前記のシールドの両表面を処理する工程を停止
   する工程と、 シールドが缶を取り囲み、殻体がシールドを取
   り囲むようにデユーアびんを組立てる工程と、 シールドと缶との空間を排気する工程と、 から成る方法。